Ingegneria del veicolo Modena

LA CITY CAR PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE DEL FUTURO.

PARLIAMO ORA DI UN ARGOMENTO DI ASSOLUTA ATTUALITÀ, ANCHE SE APPARENTEMENTE, ESULA DALLA NOSTRA MISSION DI PRESENTARE LE ECCELLENZE DEL PIANETA MODENA.

IN REALTÀ FA ANCH’ESSO PARTE DELLO STESSO PIANETA MODENA, IN QUANTO SI TRATTA DI UN PROGETTO DI RICERCA IDEATO DAL PROF. FABRIZIO FERRARI, PER ANNI DOCENTE DI DISEGNO DI CARROZZERIA E COMPONENTI AL DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA “ENZO FERRARI” DELL’UNIVERSITÀ DI MODENA E REGGIO EMILIA, ED ORA TUTOR A DISPOSIZIONE DEI MIGLIORI STUDENTI LAUREANDI, DELLA LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA DEL VEICOLO. UN PROGETTO DI RICERCA SVILUPPATO GRAZIE AD UNA TESI DI LAUREA DALLO STUDENTE LAUREANDO MAURO CONTE, CON RELATORE IL PROF. FRANCESCO LEALI, DIRETTORE DELL’AUTOMOTIVE ACADEMY DELL’UNIVERSITÀ DI MODENA E REGGIO EMILIA E CON LA SUPERVISIONE TECNICA DELL’ING. ANTONIO CESARETTI (EX MASERATI E FERRARI).

PROGETTO DI RICERCA DEL PROF. FABRIZIO FERRARI (vedi carriera in video – link), TUTOR AL DIPERTIMENTO DI INGEGNERIA “ENZO FERRARI” DELL’UNIVERSITA’ DI MODENA E REGGIO EMILIA.

PREMESSA STORICA: L’AUTO ELETTRICA NON È UNA VERA NOVITÀ

L’argomento non è solo di assoluta attualità, ma anche decisamente proiettato verso il futuro, giusto perché in questi ultimi anni tanto si parla di sostenibilità ambientale e soprattutto di auto elettrica.

Ma dobbiamo prima di tutto ricordare che l’auto elettrica, in realtà non è una vera novità, in quanto già verso la fine del diciannovesimo secolo, si iniziavano a costruire auto elettriche, insieme a quelle con i primi motori a combustione ed alle auto a vapore. Mentre le auto a vapore furono ben presto abbandonate, a causa del basso rendimento e del peso, che rendeva questo tipo di trazione adatto solo ai treni, in pratica, le auto elettriche e quelle con motore a combustione interna, continuarono il loro sviluppo in parallelo sino agli anni venti del secolo scorso. Le auto elettriche erano apprezzate soprattutto nelle grandi città, come ad esempio New York ed in particolare erano particolarmente gradite dal pubblico femminile, grazie alla loro praticità d’uso. Basti pensare solo alla complicazione dell’avviamento manuale a manovella, nelle auto con motore a ciclo otto dell’epoca, che necessitava di una discreta forza muscolare, ma anche di una certa conoscenza del motore stesso, per avviarlo a freddo in particolari condizioni atmosferiche, con i rudimentali sistemi di accensione ed alimentazione dell’epoca. In più, l’auto elettrica non puzzava e non sporcava (come invece spesso capitava alle auto con motore a scoppio dei primi decenni del secolo scorso) ed era anche molto più affidabile, all’epoca.

 

Ma nel decennio tra il 1920 ed il 1930, l’auto con il tradizionale motore a combustione interna, ebbe il sopravvento e, soprattutto con l’adozione dei nuovi sistemi di avviamento elettrici e più raffinati sistemi di accensione e alimentazione, l’auto con il motore a ciclo otto divenne sempre più semplice, pratica ed affidabile nell’uso quotidiano.

Ma parchè l’auto elettrica venne di fatto abbandonata dalla quasi totalità dei costruttori?

Il problema, sostanzialmente, era sempre lo stesso che si ripropone ancora oggi: lo stoccaggio dell’energia che, di fatto, non permette un’adeguata autonomia. Mentre nelle auto con motore a combustione interna è facile garantire un’ autonomia di circa 600 Km ed oltre, semplicemente con un serbatoio di carburante dal peso e dalla capienza adeguati, per ottenere lo stesso risultato , in ogni condizione di marcia: traffico, salite, stop and go, ecc. con una vettura elettrica, occorre sostanzialmente un pacco batterie esagerato, sia come ingombro, ma soprattutto come peso che, a sua volta, si ripercuote sulla capacità di percorrenza (paradossalmente riducendola, in quanto con il peso ovviamente aumentano anche i consumi, a parità di percorrenza …)

Questo perché la capacità delle batterie, pur migliorata costantemente negli anni, con nuove tecnologie e materiali, ancora oggi rappresenta un limite a questo tipo di trazione automotive, almeno per quanto riguarda i veicoli più grandi e destinati alle lunghe percorrenze (come ad esempio i SUV). In più, oltre alle adeguate infrastrutture, per il “rifornimento”, vale a dire la ricarica delle batterie, resta sempre il problema dei tempi di ricarica, di fatto assolutamente non paragonabili ai tempi di “refuelling” delle auto con motore a combustione interna.

UN MODO TOTALMENTE NUOVO DI CONCEPIRE LA MOBILITÀ SOSTENIBILE DEL FUTURO

Abbiamo dovuto fare necessariamente questa lunga premessa storica, per poter così capire meglio il vero senso di questo progetto di ricerca che, pur utilizzando per la maggior parte tecnologie oggi già disponibili, di fatto va a ripensare completamente il concetto di mobilità e soprattutto il layout ed il package dell’automobile, almeno così come l’abbiamo sempre vista ed immaginata sino ad oggi.

Prima di tutto il tipo di vettura: COMPATTA PER LA CITTA’. Questo per cercare di abbattere il più possibile gli ingombri, il peso e di conseguenza migliorare il più possibile L’AUTONOMIA. Autonomia che di fatto, in una vettura prevalentemente ad uso cittadino, è già avvantaggiata in partenza, grazie a percorrenze generalmente non elevate e soprattutto a bassa velocità.

A questo punto, possiamo scoprire come un package “full electric” ci possa offrire anche la possibilità di creare un veicolo ove MASSIMIZZARE LO SPAZIO INTERNO PER GLI OCCUPANTI, MINIMIZZANDO AL TEMPO STESSO L’INGOMBRO ESTERNO DELLA VETTURA. Il che la rende sicuramente un oggetto pratico da usare e parcheggiare ed al contempo però anche comodo e spazioso come una limousine.

Come? Di fatto eliminando tutte le parti meccaniche non essenziali e soprattutto liberando tutta la zona dell’abitacolo che deve così restare completamente ed assolutamente “abitabile”.

Più facile a dirsi che a farsi e di sicuro, tutto ciò sarebbe molto difficile con una meccanica tradizionale.

Ma non con un package assolutamente “full electric” ed intelligente: con MOTORI ELETTRICI RADIALI ALL’INTERNO DEI CERCHI RUOTA i quali, controllati da una centralina, possono così fungere non solo da trazione, ma anche parzialmente da freno, con recupero di energia per la ricarica delle batterie ed anche da differenziale, sempre grazie al controllo della centralina che ne regola la velocità relativa, a seconda delle esigenze e quindi pure da “torque vectoring” per un perfetto controllo della vettura in ogni situazione di guida.

COME SFRUTTARE AL MASSIMO UN VERO PACKAGE “FULL ELECTRIC”

Ovviamente non occorre un cambio di velocità ( i motori elettrici, è risaputo, hanno il massimo della coppia motrice sempre costante) ed in più la centralina può gestire la trazione sui due assi, azionando tutti i quattro motori contemporaneamente (trazione integrale 4×4) oppure, a seconda delle necessità, sospendendo il moto di un asse o dei singoli motori alloggiati in ogni cerchio ruota.

Ma ancora non bastava ed allora si è pensato anche ad un sistema di sterzata, sulle quattro ruote, anch’esso totalmente elettrico, tramite attuatori e sfruttando gli stessi motori elettrici nelle ruote. Il che, se comandato tramite un telecomando o un joy stick, non solo permette di eliminare anche il sistema di sterzo tradizionale a cremagliera, ma pure il piantone dello sterzo e, volendo, anche lo stesso volante!

A questo, punto, per liberare completamente l’abitacolo, non restava che organizzare una plancia con strumenti virtuali, che proiettano i dati come velocità, carica delle batterie, temperatura esterna ed interna, ecc. direttamente sul parabrezza, in modo da creare un cruscotto dalle forme libere, che funga più da appoggio per un computer portatile o un tablet, che non inteso in senso tradizionale.

Cosa mancava ancora per garantire le funzioni vitali della nostra vetturetta da città del futuro? Abbiamo assicurato la trazione, la frenata, lo sterzo ed i relativi comandi, in pratica tutto grazie al solo ingombro dei motori elettrici radiali nei cerchi ruota, più la centralina e solo qualche inverter ma, ovviamente, mancava ancora la “power”, ossia il pacco batterie che, per non alterare negativamente l’handling della nostra vetturetta (che pure è destinata a marciare al 90% dei casi a bassa velocità su percorsi medio/brevi), ilpacco batterie l’abbiamo previsto alloggiato nel doppio fondo dell’abitacolo, all’interno dei due assi ruota, chiaramente in posizione protetta e soprattutto nella zona bassa del baricentro della vetturetta.

A questo punto era arrivato il momento, avendo definito il package di base, di concepire il layout definitivo e soprattutto di iniziare a impostare le dimensioni della vettura, non solo tenendo sempre ben presente la mission iniziale di ricercare la massima abitabilità interna, in relazione al minimo ingombro esterno, ma aggiungendo ancora alcuni pratici vantaggi che questo particolare package poteva ancora offrire.

Il segreto? Continuare a vedere il veicolo con occhi disincantati e soprattutto non facendosi influenzare da soluzioni classiche che, apparentemente possono sembrare uniche ed immutabili ma che invece, se rivoluzionate, possono facilmente mutare, aggiungendo maggiore praticità ed ulteriori vantaggi, sin qui inesplorati.

GRAZIE A QUESTO INNOVATIVO PACKAGE E SOPRATTUTTO AL PARTICOLARE LAYOUT , SI È OTTENUTA UNA VERA “NAVETTA” DA CITTÀ

Un esempio per tutti? L’assoluta simmetria della parte anteriore e posteriore di questa particolare vetturetta che, grazie ad una doppia fila di sedili disposta “schiena contro schiena” ed unitamente ai comandi e strumentazione “virtuale”, oltre che di varie parti che si possono adeguare a seconda della direzione di moto, come ad esempio i gruppi ottici a led che, grazie sempre all’intervento della centralina, possono facilmente mutare da anteriori a posteriori (nelle loro diverse funzioni); dicevamo, grazie a tutte queste inusitate novità, la vetturetta può muoversi indifferentemente in un senso o nell’altro. Infatti, non occorre certo dover inserire la retromarcia per questo ma, sempre su ordine della centralina, i motori elettrici radiali nelle ruote, possono molto facilmente invertire il loro moto, così come le quattro ruote sterzanti, garantiscono la possibilità di invertire la marcia del nostro veicolo nel modo più naturale (ovviamente chi guida dovrà anche disporsi sull’altra fila di sedili, in senso marcia).

I vantaggi di una simile soluzione? A parte l’incredibile maneggevolezza e praticità in città – immaginate solo di parcheggiare in un senso e di uscire poi dal parcheggio direttamente in senso opposto (senza dover fare pericolose retromarce nel traffico) – non bisogna dimenticare anche il notevole risparmio sui costi di produzione delle singole parti, per un veicolo la cui specularità è pressochè totale: non solo parte destra e sinistra, ma pure l’anteriore ed il posteriore (quindi parabrezza/lunotto, cofani, parafanghi, ecc.)

Tutto questo vi sembra pazzesco o rivoluzionario? Il Prof. Ferrari ancora non era completamente appagato e, specialmente da quest’aultima caratteristica della perfetta specularità della vetturetta in ogni lato, ha voluto ricavare anche la particolarità più vistosa e, se vogliamo, anche spettacolare …

Spettacolare si, ma sempre nel solco della praticità, della sicurezza e dell’estrema fruibilità!

Stiamo parlando della porta circolare rotante, che si apre automaticamente, comandata sempre da sensori e dalla centralina elettronica. Chiaro che, non comportando nessun ingombro esterno (dalla sagoma della vettura), la porta circolare rotante non solo può essere agevolmente automatizzata (a vantaggio anche dei disabili o in situazioni di parcheggi stretti, ecc.), ma rappresenta anche una sicurezza attiva, specialmente nelle non remote situazioni di apertura della porta accidentale, esattamente nel momento in cui transita a fianco un motociclista o un ciclista (con le consegnenza del caso …)

Come è possibile tutto questo? Grazie alle dimensioni globali del mezzo, tanto inconsuete, quanto sicuramente “comode”: una specie di piccola “casetta” su quattro ruote, dove le ruote stanno ai quattro estremi della pianta del veicolo, in modo da togliere anche il loro ingombro e quello dei passaruota dallo spazio abitabile centrale. Spazio abitabile centrale, costituito in pratica dal corpo semi-sferoidale centrale generato dalle due porte circolari (ai due lati) e che, di fatto, costituisce la cellula indeformabile di sicurezza dell’auto. Mentre le quattro ruote ai lati, sono collegate a due strutture deformabili, ovviamente identiche all’anteriore ed al posteriore (simmetrici), dove sono agganciate le sospensioni e che, formano una sorta di “cassettoni” estraibili che, oltre a costituire il crash box deformabile di sicurezza (per gli urti), possono essere pure attrezzati come portabagli esterni.

Ma qual è il segreto di questo particolare layout? Oltre ad aver allontanato dalla cellula centrale qualsiasi organo meccanico indispensabile al funzionamento della vetturetta, il segreto è nell’architettura estremamente verticale, generata principalmente dai cerchi delle porte. Infatti, grazie a sedute e movimenti degli occupanti sempre molto verticali (in entrata ed uscita dall’auto), è così garantita un’ottima abitabilità PER BEN QUATTRO PERSONE, IN UNA VETTURA DI POCO MENO DI QUATTRO METRI DI LUNGHEZZA (3853mm per la precisione), PER UN PASSO DI 2726mm (il più lungo possibile , per porre le ruote ai quattro angoli, privilegiando al contempo lo spazio interno e per il pacco batterie, la sicurezza ed infine anche una certa stabilità del nostro veicolo dalle dimensioni così “anomale”).

MENTRE LA LARGHEZZA RISULTA POCO MENO DI DUE METRI (1933mm) ED INFINE L’ALTEZZA DI QUASI DUE METRI (1923mm)!

Tutto ciò rispetta non solo il target iniziale di ottenere un mezzo dove alla massima abitabilità interna corrispondessero dei minimi ingombri esterni, ma rende possibile anche la sicurezza passiva degli occupanti che, protetti dalla cellula centrale indeformabile (oltre che molto spaziosa) ed in posizione rialzata, anche per effetto dello doppio fondo che genera il vano per i pacchi batterie estraibili, risultano così anche abbastanza protetti in caso di urto laterale.

A completare il progetto di mobilità dedicato alla “full electric” cittadina del futuro, ideato dal Prof. Fabrizio Ferrari, la parte relativa alla gestione dell’autonomia della vetturetta. Autonomia che è stata calcolata in circa 400 Km max, ma che il Prof. Ferrari ha immaginato implementabile grazie ad alcuni accorgimenti: prima di tutto il pacco batterie estraibile, può essere velocemente rimosso in particolari stazioni di servizio dedicate, per essere rimpiazzato con un analogo pacco carico; in più le batterie si ricaricano in parte già in fase di frenata, come accennato all’inizio e grazie ad una serie di pannelli solari annegati nei cristalli (i due parabrezza/lunotto e il tetto) ed infine grazie ad una ricarica rapida Wi-Fi nelle apposite piazzole di sosta create ad hoc nelle città.

Un progetto su cui ovviamente ci sarebbe ancora molto da lavorare, studiare e sperimentare, ma certo un concentrato di idee per il futuro, che così rende l’auto elettrica assolutamente sostenibile, per creare una vera navetta da città che possa così circolare liberamente ovunque: una sorta di “biga” del futuro per la mobilità nelle nostre città.

Ed infatti, alla fine, sempre il Prof. ferrari ha deciso di ribattezzarla con questo nome: “BIGA”, appunto!

 

CITYCAR ELETTRICA – TENDER/NAVETTA PER SCAMBIATORI CITTADINI (NOLEGGIABILE)

CARATTERISTICHE GENERALI:

Sigla di progetto: EV-D (Electric Vehicle – Door)

Nome: BIGA 3000

– trazione elettrica sulle 4 ruote, con generatori montati direttamente all’interno dei cerchi-ruota

– 4 generatori (uno per ruota), utilizzabili sia per la trazione elettrica, sia per la ricarica del pacco    batterie – in frenata

– 4 ruote sterzanti (sterzata assistita, comandata dalla centralina – servoassistenza elettrica)

– pacco batterie estraibile sotto il pianale (intercapedine tra pavimento e fondo vettura)

– nessun ingombro/peso degli organi di trasmissione: niente cambio di velocità e nemmeno differenziale: è la centraline che comanda i 4 motori elettrici, indipendentemente, per la trazione diretta sulle ruote, variandone pure automaticamente la velocità in curva.

– veicolo molto leggero e relativamente semplice (quanto a organi meccanici tradizionali), compatto ed estremamente maneggevole.

– POSSIBILITà DI PROCEDERE IN MARCIA NEI DUE SENSI (avanti e indietro)

e per questo dotata di:

– sedute in doppio senso (con piccolo portaoggetti tra le due sedute a centro abitacolo)

– comandi guida tramite un joystick (oppure possibilità d’impostare un percorso, con guida autonoma)

– strumentazione proiettata sul vetro (attraverso ologramma, comandato anch’esso direttamente dal joystick)

– plance (avanti e dietro) corredate di tablet (estraibile) che può fungere, a richiesta, anche da navigatore e/o strumentazione (ovviamente virtuale)

– centralina che comanda la trazione, inseribile su un solo asse o su entrambi, a richiesta

– gruppi ottici simmetrici (ant. e post.) a led e laser, provvisti di tutte le funzioni previste dal codice, all’anteriore (indicatori di direzioni, luci diurne, anabbaglianti e abbaglianti) e al posteriore (indicatori di direzione, luci di posizione, luci di arresto, retronebbia), ovviamente attivate dalla stessa centralina, in base al senso di marcia attivo.

– le quattro ruote sterzanti assistite, oltre a consentire la regolare marcia in entrambi i sensi, aiutano le manovre, soprattutto in poco spazio e in special modo i parcheggi.

AUTONOMIA DI MARCIA GARANTITA IN DIVERSI MODI:

– ricarica pacco batterie in frenata (generatori sulle ruote)

– ricarica tramite pannelli solari annegati nei cristalli della parte superiore dell’abitacolo (tetto e i due parabrezza/lunotto)

– ricarica wi fi nell’apposita piazzola di sosta

– sostituzione veloce del pacco batterie estraibile dal fondo (all’occorrenza)

TRA LE AUTOMAZIONI PREVISTE, SEMPRE CONTROLLATE DALLA CENTRALINA, ANCHE LA MOVIMENTAZIONE AUTOMATICA DELLA PORTA (vedi schema ed immagini)

 

 

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